Главная > Статьи > Страница10

Виробники іонообмінних смол не здатні чітко пояснити, скільки заліза може бути видалено одночасно з пом’якшенням води. У цій статті ми спробуємо розібратися, як поводиться стандартна катіонообмінна смола з різними формами заліза в оброблюваній воді.

Органічне залізо (таніни).

Органічне залізо у воді найчастіше представлене танінами. Таніни — це високомолекулярні органічні сполуки, продукти розкладання рослинності. Вміст танінів у воді характерний для поверхневих джерел та дрібних свердловин. Таніни фарбують воду у жовтий або світло-коричневий колір. Таніни мають здатність утримувати у складі молекули залізо за рахунок механізму, відомого як «хелатування». Органічне залізо не може бути вилучене з води стандартним катіонітом у процесі пом’якшення.

Для видалення органічного заліза потрібна інша іонообмінна технологія, здатна витягувати з води органічні сполуки, наприклад, застосування органопоглиначів на основі іонного обміну — сильноосновних аніонітів. До 1990 застосовували аніоніт на основі стирену з посередніми результатами. Зараз застосовують аніоніти на акриловій основі, що дозволяють отримати найкращі результати. Регенерація органопоглиначів здійснюється розчином хлориду натрію з високою частотою для запобігання біообростанню — чим довше таніни знаходяться на поверхні аніоніту, тим вище ймовірність незворотної міграції на поверхню смоли. Сильноосновні аніоніти (органопоглиначі) у хлоридній формі збільшують вміст хлоридів у оброблюваній воді.

Залізобактерії.

Залізобактерії — це мікроорганізми, що використовують розчинене у воді залізо у процесі метаболізму. У процесі метаболізму залізо окислюється і відкладається на поверхню клітинної стінки бактерії. Найпоширеніші типи залізобактерій у воді – Crenothrix, Clonothrix та Gallionella. Вода, що містить залізобактерії, має червоний відтінок, опалесцентну плівку на поверхні і неприємний запах. Залізобактерії накопичуються на поверхні механічних картриджів, у бачках унітазів, укриваючи їх характерною коричнево-червоною слизовою масою. При додаванні хлору в бак унітазу така біоплівка з окислами на поверхні розпадається і окислене залізо опускається на дно бака.

Видалення бактеріального заліза вимагає попереднього знищення залізобактерій та фільтрації окисленого заліза. Іонний обмін – неприйнятний варіант для завдання фільтрації. Для успішного видалення залізобактерій із системи водопостачання та джерела води застосовують шокове хлорування. Для подальшої підтримки мікробіологічної стабільності та запобігання повторно колонізації водопровідній системі застосовують фонове дозування в оброблювану воду хлорвмісного біоциду або перекису водню.

Окислене залізо.

Окислення заліза – повсякденне природне явище. Окислене залізо нерозчинне у воді. Розчинене у воді залізо, стикаючись з киснем або іншим типом окислювача, окислюється і втрачає розчинність. Окислене залізо фізично видаляється з води фільтрацією в шарах мультимедійних фільтрах з градієнтом щільності і рейтингом фільтрації 3-25 мкм. Відфільтроване окислене залізо вимивається із завантаження фільтра зворотним потоком, об’ємна швидкість якого – критичний фактор для забезпечення розширення та ефективного промивання фільтруючих шарів. Фільтруючі середовища на основі діоксиду марганцю забезпечують найкращий результат.

Незважаючи на пряму відсутність рекомендацій виробників, відомо на практиці, що пом’якшувачі здатні відфільтрувати коагульовані частинки окисленого заліза розміром більше 40 мкм. Ці частинки накопичуються над шаром завантаження та видаляються у циклі зворотного промивання смоли. Окислене залізо, попередньо не видалене зі смоли, збільшуватиме опір потоку, призведе до утворення каналів у смолі та конгломерації часток. Для видалення такого окисленого заліза застосовують спеціальні кислотовмісні реагенти, які повторно розчиняють залізо. Дія редукуючих залізо реагентів на основі кислот (лимонної або фосфорної кислоти) призводить до заміщення на матриці смоли іонів натрію на іони водню. Після кислотної обробки обов’язково виконується регенерація смоли розчином натрію хлориду для заміщення іонів водень натрієм. В іншому випадку пом’якшена вода набуватиме низький рН.

Розчинене залізо.

Розчинене залізо у природній підземній воді переважно представлене у формі розчинного у воді бікарбонату заліза. Розчинене залізо – позитивно заряджений іон, здатний ефективно вилучатися з води «іонним обміном».

Стандартна реакція «іонного обміну» виглядає так:

2RNa + Fe(HCO₃)₂ + O₂ → R₂ Fe + ₂NaHCO₃,

де R – позначення катіоніта.

Концентрований водний розчин хлориду натрію (8 — 26%)  робить цю реакцію «іонного обміну» заліза оборотною:

R₂ Fe + 2NaCl → 2RNa + FeCl₂

Застосування пом’якшувача для видалення заліза вимагає внесення деяких змін до стандартного процесу.

1.Частота регенерацій.

Частота регенерацій пом’якшувача повинна зрости так, щоб запобігти перетворенню розчиненого двовалентного заліза в нерозчинне тривалентне залізо з подальшою ізоляцією поверхні зерна катіоніту і втратою ємності. З тієї ж причини оброблювана вода повинна мати низький рН і не містити розчинений кисень.

Обростання зерен смоли залізом мінімізується за рахунок додавання спеціальних очищувачів на основі бісульфіту натрію та гідросульфіту натрію в регенеруючий розчин солі. Очищувачі хімічно знижують валентність заліза, переводять їх у розчинну форму.

2.Зворотна промивка.

Зворотне промивання – критично важливий етап регенерації пом’якшувача, який застосовується для видалення із води заліза. Зворотне промивання забезпечує механічне видалення окисленого заліза з поверхні смоли. Більшість виробників вказують на необхідність забезпечити не менше 50% розширення смоли в процесі зворотного промивання.

3.Тип регенерації.

Остання і, найімовірніше, найбільш ефективна функціональна зміна — зміна типу регенерації з прямоточного напрямку руху регенеруючого розчину (зверху-вниз) на протиточний напрямок руху регенеруючого розчину (знизу-вгору). Протиточна регенерація дозволяє додатково зменшити проскок заліза у фільтрат.

Селективність вилучення заліза та кальцію приблизно однакова. Залізо і кальцій під час руху оброблюваної води у напрямку «зверху-вниз» накопичуються у верхніх шарах смоли. При русі регенеруючого розчину в прямому напрямку залізо витісняється вниз шару смоли, слідуючи попереду фронту сорбції натрію. Після закінчення регенерації «зона» недостатньо регенерованої смоли в нижній частині пом’якшувача все ще містить залишковий кальцій та залізо. Належно спроектована система з протиточним типом регенерації сформує цю «зону» у верхній частині смоли і буде запобігати потенційному витіснення заліза у фільтрат. При протиточній регенерації нижня частина смоли стикається з концентрованим розчином натрію хлориду і стає найбільш регенерованою областю, яка не містить заліза. Також ефективність протиточної регенерації зростає за рахунок розширення шару смоли.

Висновок.

Якщо вода містить залізо більше 5 мг/л, форми присутності заліза у воді будуть різними і частина цих форм незворотно отруюватиме смолу. Іонообмінна смола зберігає ефективність тільки щодо двовалентного розчиненого заліза. Для видалення двовалентного заліза «іонним обміном» особливої важливості набуває частота регенерацій, низький рН води та відсутність у воді кисню.